热导度

早在19世纪中叶，著名物理学家、电磁波理论的创始人J.C.麦克斯韦(Maxwell)。在其名著《电磁波理论》(1873)中就指出:对含有孔隙的材料，设孔隙是以等径小球的形状均匀分散在材料中，材料的传导率(电导或热导)，从理论上可由下式计算:

(17)

式中P为孔隙率，λ0为无孔(P=0)时的热导率。此式具有历史意义。对于石墨，孔隙并非呈球状，更非等径，此式当然不适用。但它表明孔隙率越大(即密度越小)，热导率越小。这一定性结论却正确无误。一种挤压成型的、经过不同浸渍处理的核石墨，在常温下，其热导率λ∥随孔隙率的变化符合如下关系:

λ∥=λ0exp(–bP) (18)

式中λ0=1280W/(m·K)，为无孔隙时的极限热导率，常数b=7.00。

同一类型的石墨，热导率随其密度的增大而上升，图11表示HDFG同性石墨的λ与密度的关系。

热处理温度 多晶石墨大多是由焙烧毛坯经高温热处理制成，热处理温度越高，微晶的发育越完善，La增大，热导率也随之增大。用煅后石油针状焦及中温煤沥青，经挤压成型做成的焙烧小棒，经不同热处理(HTT)后，其La的数值见表4。其轴向热导率λ∥随温度变化的情况见图12。热导率的倒数1/λ称为热阻。在不同热处理温度下，这种石墨的轴向热阻1/λ//与其l/La的关系见图13。也是用石油焦和中温煤沥青做成的另一种挤压石墨，图14显示出其λ∥依赖于La的情况。对于一种模压石墨，其λ⊥与HTT之间的关系见图15。

热扩散系数α 又称为导温系数，α=λ/ρcp。(见式(3))。它表征材料在加热或冷却过程中，各部分温度趋向于一致的能力;是在不稳定传热过程中，说明温度变化速度的一个特性参数。材料的导温系数越高，材料内部温度的传播速度越大，材料内的温差就越小。一种高密度，ρ=1.81g/cm、各向同性细颗粒石墨EK–98，其α随温度的变化情况见图16上。

热散逸系数ε 表征石墨材料热性能的一个综合参数，与热导率密切相关，其定义为:

ε=(λcpρ)(19)

在法定单位制中，ε的单位是WS·m·K，它表征材料表面散热或吸热能力的大小。EK–98石墨的热散逸系数随温度变化情况示于图17。

热导异向度 石墨材料的各向异性在热导上表现为沿平行对称轴方向的热导率λ∥与沿垂直方向的热导率λ⊥的差异上。一般，对挤压石墨λ∥>λ⊥，把λ∥/λ⊥这一比值称为热导异向度;对模压石墨，λ⊥>λ∥，则把比值λ⊥/λ∥称为热导异向度;即异向度最小为1(同向性)。设沿石墨对称轴oz的取向参数为Roz，平行与垂直方向的校正参数为γ∥和γ⊥(见石墨的各向异性)则有:

由于微晶的λc/λa<<1，上两式可约化为

对很多石墨γ∥≈γ⊥，由(21)得到:

这就是著名的由热导率数据推算取向参数的表达式。例如，对核石墨PGA，由常规的X光衍射法测得的R为0.78，由热导率数据得到的则为0.77，两者符合甚好。